一种多维复用孤子光纤激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种多维复用孤子光纤激光器，包括激光泵浦源以及由增益介质、色散介质、波分复用器、光耦合器、光环形器、偏振控制器以及起偏器构成的环形激光谐振腔。激光泵浦源与增益介质共同作用为激光器运作提供增益放大机制。色散介质可用于脉冲激光的色散补偿，实现激光器内部光路的色散管理。光环形器为非互易性光传输器件，用于耦合色散介质进而构建双向传输光路结构。借助偏振控制器，可以改变激光器内部光路的局部偏振状态，实现激光脉冲的锁模运转及锁模状态的调节和切换。本发明专利技术的多维复用孤子光纤激光器可双向传输并分别获得锁模激光脉冲，同时支持多态孤子脉冲的产生，且输出激光脉冲具备宽带波长可调谐以及多个波长可切换的功能。

【技术实现步骤摘要】
一种多维复用孤子光纤激光器
本专利技术属于光纤激光、超快光学以及非线性光学领域，尤其是双向分别输出传统孤子与耗散孤子以及多波长、宽带可调谐脉冲激光等现象，在宽带波分复用光纤通信、光纤传感以及光学逻辑系统等领域具有研究价值和潜在应用，更具体地，涉及一种多维复用孤子光纤激光器。
技术介绍
波长对于光而言是一个重要的基本物理量，也是光电信息技术及其相关领域一个重要的应用维度。在不同光波段上开辟信道并同时加载信息传输，是实现波分复用光纤通信和传感组网的基本原理，可以成倍地扩充通信容量。在光纤激光领域，被动锁模是一种实现飞秒级别(10-15秒)超快激光的成熟技术。锁模激光器可以为时分复用系统提供优质超短脉冲光源，也可以为传感系统提供高质量光学频率梳，极大提高信息传输速率和系统效率。而同时具备较宽光谱带宽，波长可调谐的脉冲激光光源对上述应用十分关键，具有非常重要的研究意义和应用价值。目前主流的宽带可调谐锁模激光器主要采用电控可调滤波器实现中心波长的调节，这种方法不仅破坏了全光纤的激光谐振腔结构，同时限制了调谐速率、调谐范围和锁模光纤激光器的性能，为了保证同步性，调节滤波器引起的等效的腔长改变也会造成激光器工作的不稳定性。此外，双折射滤波效应这一低成本且简单有效的方法在可调谐激光器的研究当中也得到了广泛的运用，但是由于激光腔的双折射滤波效应存在着明显的偏振相关特性，该方法难以实现对所需波长的精确调谐，这也给实际工程商业化应用造成了一定的困难。近几年，基于啁啾布拉格光纤光栅实现了锁模脉冲中心波长的连续调谐，但是受限于光栅自身的特性，波长的可调谐范围通常较小，难以覆盖较大的波段范围。现阶段商品化的可调谐激光器结构普遍基于可调滤波器实现波长扫描，不能同时实现传统孤子和耗散孤子输出，功能较少，适用面有限。综上所述，现有主要技术中宽带可调谐锁模光纤激光器存在调谐性能受限、灵活性不强、集成度不高、以及功能较少及适用面较窄等问题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种多维复用孤子光纤激光器，由此解决现有可调谐锁模光纤激光器不能同时实现传统孤子和耗散孤子输出的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种多维复用孤子光纤激光器，包括：泵浦驱动单元、锁模单元、第一光环形器、第二光环形器、第一色散介质、第二色散介质及输出单元；所述泵浦驱动单元分别与所述锁模单元及所述输出单元连接；所述第一光环形器的第一端口与所述第二色散介质的第一端连接，所述第一光环形器的第二端口与所述锁模单元连接，所述第一光环形器的第三端口与所述第一色散介质的第一端连接，所述第二光环形器的第一端口与所述第一色散介质的第二端连接，所述第二光环形器的第二端口与所述输出单元连接，所述第二光环形器的第三端口与所述第二色散介质的第二端连接；所述泵浦驱动单元，用于实现泵浦能量的导入，并实现对所述泵浦能量的受激辐射放大转化成激光，对于顺时针方向，导入的激光从所述第一光环形器的第二端口进入，第三端口输出后，经过所述第一色散介质，从所述第二光环形器的第一端口进入，第二端口输出后，依次经过所述输出单元、所述泵浦驱动单元及所述锁模单元后，再次回到所述第一光环形器完成一周循环，经过所述第一色散介质引入负色散补偿，产生传统孤子；对于逆时针方向，导入的激光从所述第二光环形器的第二端口进入，第三端口输出后，经过所述第二色散介质，从所述第一光环形器的第一端口进入，第二端口输出后，依次经过所述锁模单元、所述泵浦驱动单元及所述输出单元后，再次回到所述第二光环形器完成一周循环，经过所述第二色散介质引入正色散补偿，产生耗散孤子；所述锁模单元，用于实现顺时针与逆时针双向同时的激光脉冲锁模运转。优选地，所述泵浦驱动单元包括第一泵浦源、第一波分复用器、增益介质、第二波分复用器及第二泵浦源；所述第一泵浦源与所述第一波分复用器相连，实现泵浦能量的导入，所述第二泵浦源与所述第二波分复用器相连，实现泵浦能量的导入；所述增益介质两端分别与所述第一波分复用器及所述第二波分复用器相连，用于提供增益放大机制，将所述泵浦能量转化为激光能量。优选地，所述锁模单元包括：第一偏振控制器及起偏器；所述第一偏振控制器两端分别与所述第二波分复用器及所述起偏器相连，所述第一光环形器的第二端口与所述起偏器连接；所述起偏器用于激光脉冲起偏，其与所述第一偏振控制器一起实现顺时针与逆时针双向同时的激光脉冲锁模运转。优选地，所述光纤激光器还包括：第二偏振控制器及第三偏振控制器；所述第二偏振控制器位于所述第一光环形器的第三端口与所述第一色散介质之间；所述第三偏振控制器位于所述第一光环形器的第一端口与所述第二色散介质之间；所述第二偏振控制器及所述第三偏振控制器与所述起偏器相配合，用于调节局部光偏振状态，实现相应锁模状态的调整和不同锁模状态的切换。优选地，所述输出单元包括光耦合器；所述光耦合器包含两个分光比例为10％的第一输出端口和第三输出端口，两个分光比例为90％的第二输出端口和第四输出端口；所述光耦合器的第一输出端口和第三输出端口分别用于输出顺时针和逆时针孤子激光脉冲，可连接外部设备，所述光耦合器的第二输出端口与所述第一波分复用器连接，所述光耦合器的第四输出端口与所述第二光环形器的第二端口连接。优选地，所述第一泵浦源和所述第二泵浦源为电流驱动式激光二极管，工作时，可调节其驱动电流的大小而相应地调节输出泵浦光功率的大小，同时，其内置恒温稳流模块可实时稳定工作温度，进而确保输出泵浦光功率稳定。优选地，所述第一波分复用器和所述第二波分复用器包含一个泵浦输入端口、一个公共端口和一个混合输出端口，分别用于注入泵浦光功率、连接所述增益介质输出泵浦光以及经所述增益介质3辐射放大后的激光。优选地，所述增益介质掺杂铒离子化合物，用于吸收泵浦光能量，实现粒子数翻转，进而受激辐射得到放大后的激光脉冲，为激光器正常运作提供增益。优选地，所述第一光环形器与所述第二光环形器具有非互易性单行特性，反向无法通光。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术的激光器通过由泵浦驱动单元、锁模单元及输出单元构成的主谐振腔，及第一光环形器、第二光环形器、第一色散介质、第二色散介质构成的两个支路，在空间方向维度上实现顺时针与逆时针双向同时的激光脉冲锁模运转，在孤子类型的物理维度上实现同一个激光系统中产生传统孤子与耗散孤子的多态孤子激光脉冲。2、由于光纤本质上具有的双折射、主谐振腔内的偏振相关元件以及光路弯曲等应力作用引入的双折射滤波效应，激光器内部诱导生成一种与偏振状态和脉冲强度相关的梳状滤波机制，从而使得激光传输曲线随着第一泵浦源、第二泵浦源、第一偏振控制器、第二偏振控制器和第三偏振控制器的调节漂移，进而在增益介质的有效增益带宽范围内实现孤子激光脉冲中心波长的可调谐以及多波长锁模激光的产生，此为波长维度上的复用。3、全光纤结构，无需任何外部滤波器件或者调谐器件，具有光束质量好、抗电磁干扰、转化效率高、稳定性好、可实现性高、结构紧凑、成本低廉、易于散热和维护多种特点。4、双向传输，输出皮秒或亚皮秒时间量级的超短锁模脉冲激光，可作为优质超快种子光源。5、可同时产生传统孤子和耗散孤子，适用面广，具有丰富的科学研究意义和工程应用价本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多维复用孤子光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦驱动单元、锁模单元、第一光环形器(8)、第二光环形器(11)、第一色散介质(10)、第二色散介质(13)及输出单元；所述泵浦驱动单元分别与所述锁模单元及所述输出单元连接；所述第一光环形器(8)的第一端口与所述第二色散介质(13)的第一端连接，所述第一光环形器(8)的第二端口与所述锁模单元连接，所述第一光环形器(8)的第三端口与所述第一色散介质(10)的第一端连接，所述第二光环形器(11)的第一端口与所述第一色散介质(10)的第二端连接，所述第二光环形器(11)的第二端口与所述输出单元连接，所述第二光环形器(11)的第三端口与所述第二色散介质(13)的第二端连接；所述泵浦驱动单元，用于实现泵浦能量的导入，并实现对所述泵浦能量的受激辐射放大转化成激光，对于顺时针方向，导入的激光从所述第一光环形器(8)的第二端口进入，第三端口输出后，经过所述第一色散介质(10)，从所述第二光环形器(11)的第一端口进入，第二端口输出后，依次经过所述输出单元、所述泵浦驱动单元及所述锁模单元后，再次回到所述第一光环形器(8)完成一周循环，经过所述第一色散介质(10)引入负色散补偿，产生传统孤子；对于逆时针方向，导入的激光从所述第二光环形器(11)的第二端口进入，第三端口输出后，经过所述第二色散介质(13)，从所述第一光环形器(8)的第一端口进入，第二端口输出后，依次经过所述锁模单元、所述泵浦驱动单元及所述输出单元后，再次回到所述第二光环形器(8)完成一周循环，经过所述第二色散介质(13)引入正色散补偿，产生耗散孤子；所述锁模单元，用于实现顺时针与逆时针双向同时的激光脉冲锁模运转。...

【技术特征摘要】
1.一种多维复用孤子光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦驱动单元、锁模单元、第一光环形器(8)、第二光环形器(11)、第一色散介质(10)、第二色散介质(13)及输出单元；所述泵浦驱动单元分别与所述锁模单元及所述输出单元连接；所述第一光环形器(8)的第一端口与所述第二色散介质(13)的第一端连接，所述第一光环形器(8)的第二端口与所述锁模单元连接，所述第一光环形器(8)的第三端口与所述第一色散介质(10)的第一端连接，所述第二光环形器(11)的第一端口与所述第一色散介质(10)的第二端连接，所述第二光环形器(11)的第二端口与所述输出单元连接，所述第二光环形器(11)的第三端口与所述第二色散介质(13)的第二端连接；所述泵浦驱动单元，用于实现泵浦能量的导入，并实现对所述泵浦能量的受激辐射放大转化成激光，对于顺时针方向，导入的激光从所述第一光环形器(8)的第二端口进入，第三端口输出后，经过所述第一色散介质(10)，从所述第二光环形器(11)的第一端口进入，第二端口输出后，依次经过所述输出单元、所述泵浦驱动单元及所述锁模单元后，再次回到所述第一光环形器(8)完成一周循环，经过所述第一色散介质(10)引入负色散补偿，产生传统孤子；对于逆时针方向，导入的激光从所述第二光环形器(11)的第二端口进入，第三端口输出后，经过所述第二色散介质(13)，从所述第一光环形器(8)的第一端口进入，第二端口输出后，依次经过所述锁模单元、所述泵浦驱动单元及所述输出单元后，再次回到所述第二光环形器(8)完成一周循环，经过所述第二色散介质(13)引入正色散补偿，产生耗散孤子；所述锁模单元，用于实现顺时针与逆时针双向同时的激光脉冲锁模运转。2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述泵浦驱动单元包括第一泵浦源(1)、第一波分复用器(2)、增益介质(3)、第二波分复用器(4)及第二泵浦源(5)；所述第一泵浦源(1)与所述第一波分复用器(2)相连，实现泵浦能量的导入，所述第二泵浦源(5)与所述第二波分复用器(4)相连，实现泵浦能量的导入；所述增益介质(3)两端分别与所述第一波分复用器(2)及所述第二波分复用器(4)相连，用于提供增益放大机制，将所述泵浦能量转化为激光能量。3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，所述锁模单元包括：第一偏振控制器(6)及起偏器...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琪真，柳博文，罗亦杨，向阳，刘德明，
申请(专利权)人：深圳华中科技大学研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44